DE2937976C2

DE2937976C2 - Maschine zum Schleifen oder Fräsen von konvexen und/oder konkaven sphärischen Flächen

Info

Publication number: DE2937976C2
Application number: DE2937976A
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(grad.) 7923 Königsbronn Reiche; Günter Dipl.-Ing. Schimitzek
Original assignee: Prontor Werk Alfred Gauthier GmbH
Current assignee: Hittech Prontor GmbH
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1979-09-20
Publication date: 1983-02-24
Also published as: GB2062510A; US4419846A; FR2490132B3; GB2062510B; DE2937976A1; FR2490132A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine f<'aschine zum Schleifen oder Fräsen von konvexen und/oder konkaven sphärischen Flächen, insbesondere an of -ischen Linsen, wobei « das zu bearbeitende Werkstück stirnseitig an einer Spindel befestigt ist, der eine das Werkzeug, beispielsweise eine Topfschleifscheibe, tragende Werkzeugspindel zugeordnet ist, welche in einem Spindelstock gelagert ist, der in einem gegenüber dem Maschinengestell beweglichen Zwischenträger gelagert ist, wobei das Werkzeug um eine horizontale, den Scheitelpunkt der zu erzeugenden sphärischen Fläche tangierende Aclue schwenk- und winkeleinstellbar ist und wobei die beiden Spindeln axial relativ zueinander einstellbar sind. *5

Derartigen Maschinen zum Bearbeiten von optischen Linsen (US-PS 26 29 975), bei denen die Werkzeugspindel in einem Spindelstock gelagert ist, der schwenkbar auf einem Zwischenträger ruht, welcher seinerseits aus zwei Supporten gebildet ist, die auf parallel zueinander Ό verlaufenden Führungssäulen sitzen und mittels Gewindespindcln verschiebbar sind, haftet ein prinzipieller Nachteil insofern an, als sich mit Spindelhalterungen, die sich herkömmlicher GIcilführungen bedienen, wegen des bei derartigen Führungen nicht völlig zu beseitigenden Spiels erfahrungsgemäß exakt vorgearbeitete und polierfähige Schleifflächen nicht erzielen lassen. Aus diesem Grunde war man insbesondere bei der Herstellung von optischen Linsen mit sphärischer Oberfläche auf die Durchführung mehrerer Arbeitsgän- w ge (Vorsehleifen und Feinschleifen) auf unterschiedlichen Maschinen angewiesen, und zwar mußte das Werkstück /um Zwecke der Erzeugung einer zumindest annähernd sphärischen Oberfläche zunächst grob vorgearbeitet werden. Um nach diesem Arbeitsgang noch verbleibende Abweichungen bzw. Ungenauigkeiten der Kugcloberfläche bezüglich Sphärizität auszugleichen und durch Reduzierung der Rauhtiefe die Kugeloberfläche überhaupt erst polierfähig zu gestalten, mußte das Werkstück unter Anwendung eines streng radiengebundenen Werkzeugs auf einer Feinschleifmaschine einer weiteren Fiächenbearbeitung unierzogen werden. Erst nach diesem zusätzlichen Bearbeitungsvorgang konnte in einem weiteren Arbeitsgang auf einer Poliermaschine das Werkstück fertig bearbeitet werden. Somit mußte ein zu fertigendes Werkstück, beginnend mit dem Vorsch'eifen des Rohlings und endend mit dem Polieren der in einem Zwischenarbeitsgang feingeschliffenen Kugeloberfläche bis zur Fertigstellung unwirtschaftlich viele Arbeitsstationen durchlaufen, wobei noch die Kosten für die Bereitstellung mehrerer verschiedenartiger Arbeitsmaschinen sowie die Kosten für die Anschaffung teurer, streng radiengebundener Feinschleifwerkzeuge hinzukommen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht mithin darin, eine Maschine zu schaffen, die die Erzeugung von polierfähigen sphärischen Flächen an Werkstücken, wie z. B. optischen Linsen, unter Vermeidung von teuren, radiengebundenen Werkzeugen in nur einem Arbeitsgang ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einer Maschine der eingangs näher umschriebenen Gattung zum Schwenken des Werkzeugs um die; Achse (A) der Zwischenträger am Maschinengestell schwenkbar gelagert und auf einen beliebigen Neigungswinkel ein- und feststellbar ist und daß der Spindelstock um eine zweiteTÄchse (B) schwenkbar ist, die von der ersten Achse in einem in etwa der Längenabmessung des Spindelstocks entsprechenden Abstand angeordnet ist.

Auf diese Weise konnte dadurch, daß sämtliche der Werkzeugspindelhalterung dienenden Teile in leicht spielfrei einzustellenden Schwenklagerungen geführt sind, eine Maschine zum Erzeugen von sphärischen Flächen erzielt werden, die in einem einzigen, sowohl einen Vor- als auch einen Feinschliff einschließenden Arbeitsgang die Herstellung einer Oberfläche von so exakter Sphärizität und geringer Rauhtiefe ermöglicht, daß das Werkstück im Anschluß an diesen Bearbeitungsvorgang direkt auf eine Poliermaschine genommen und dort fertig bearbeitet werden kann. Dies wiederum bedeutet, daß außer der Reduzierung des Zeitaufwands für die Fertigung auf die Bereitstellung spezieller für die Erzielung einer polierfähigen Kugelfläche geeigneter Maschinen, incl. jener mit diesen Maschinen zum Einsatz kommenden, verhältnismäßig teuren radiengebundenen Werkzeuge verzichtet werden kann. Im Ergebnis konnte somit die Fertigung von Werkstücken mit kugelförmiger Oberfläche, insbesondere von Linsen, erheblich wirtschaftlicher gestaltet werden.

Aus der DE-OS 21 58 648 ist zwar auch schon eine Maschine zum Herstellen von optischen Linsen bekannt, bei der der Spindelstock gleich der Erfindung um eine zur ersten Achse parallel verlaufende zweite Achse schwenkbar ist, doch unterscheidet sich deren Gesamtkonzeption von der erfindungsgemäßen Maschine grundsätzlich schon dadurch, daß die das Werkzeug tragende Spindelcinheit auf einem gegenüber dem Maschinengestell schwenkbar gelagerten Spindclstockschlittcn in seiner relativen Einstellage verstellbar angeordnet ist. Eine bczugsfcsle Relativlage der das Werkzeug tragenden Spindeleinhcit zum Spindelstockschlitten derart, daß das Werkzeug um eine horizontale, den Scheitelpunkt der zu erzeugenden

zur ersten Ach;e (A) parallele

2-r Ersten

pi^ralle1e

sphärischen Fläche tangierenden Achse schwenk- und winkeleinstellbar ist, ist bei dieser bekannten Maschine zur Herstellung von torischen Linsenflächen hingegen nicht vorgesehen.

Um einen besonders hohen Grad an Stabilität und Spielfreiheit für die die Werkzeugspindel haltende Baugruppe der Maschinen zu erreichen, wird erfindungsgemäQ ferner vorgeschlagen, daß der Zwischenträger portalartig gestaltet ist.

Einzelheiten der Erfindung sind anhand eines Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert und in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 die Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Maschine zum Erzeugen von sphärischen Flächen,

Fig. 2 den Schnitt I-I aus Fig. 1.

Fig.3 eine Prinzipskizze zur Kinematik der Maschine bei der Erzeugung einer konvexen sphärischen Fläche und

Fig.4 ausschnittsweise dieselbe Darstellung wie F i g. 3, jedoch bei der Erzeugung einer konkaven sphärischen Fläche.

in der Zeichnung ist mit 1 das Gesteil der Maschine und mit 2 ein zu diesem relativ beweglicher, der Werkzeughalterung dienender Zwischenträger bezeichnet. Letzterer ist vorzugsweise als Portal ausgebildet und mittels Gelenkzapfen 2a sowie Kegelrollenlager 3 kippbar um die Achse A in Stützen 4 gelagert, welche mit dem Maschinengestell 1 fest verschraubt oder verschweißt sein können. Der Zwischenträger 2, der auch in Nichtportalbauweise und nur mit einer Lagerstelle ausgeführt sein könnte, weist die Form eines Gehäuses auf. in dem mittels Kegelrollenlager 5 und Zapfen 6a ein Spindelstock 6 um die Achse B ein- und feststellbar gelagert ist. Der gegenseitige Abstand a der Achsen A und B entspricht in etwa der Längenabmessung des Zwischenträgers 2. Im Spindelstock 6 axial beweglich geführt, gegen Verdrehung jedoch gesichert, ist eine Pinole 7. Diese wiederum ist hydraulisch betätigbar, wozu das Pinolengehäuse im Innern einen aus bund- bzw. ringförmigen Ansätzen 66 gebildeten Ringraum 6t aufweist, während die in diesen Ansätzen gleitfähig geführte Pinole 7 mit einem einen Ringkolben bildenden Ansatz 7a versehen ist. In der: Ringraum 6c einmündende Zu- bzw. Abflußöffnungen 6c/bzw.6csind dazu vorgesehen, den Ringkolben Ta über nicht weiter veranschaulichte, an den öffnungen angeschlossene Zu- bzw. Abflußleilungen mit Drucköl zu beaufschlagen, je nachdem in welcher Richtung die axiale Verschiebung der Pinole 7 im Spindelstock 6 erfolgen soll. Wenngleich die hydraulische Betätigung der Pinole 7 schon aus steuerungstechnischen Gründen zu bevorzugen ist, so schließt dieser Vorteil die Verwendung pneumatischer oder mechanischer Einrichtungen zum Zwecke der Axialverschiebung der Pinole 7 nicht grundsätzlich aus. Was die hydraulische Betätigung der Pinole 7 anlangt, so kann zur Steuerung ihrer axialen Zu- bzw. Einstcllbcwegung eine elektrohydraulische Steuereinrichtung Anwendung finden, mit der in Verbindung mit einem nicht weiter veranschaulichten optoelektronischen Wegmeß-System ein Maximum an Stellgenauigkcit für die Pinole 7 und damit für die Werkzeugspindel 8 er/iclbar ist. Die Spindel 8 wiederum ist im Gehäuse der Pinolc 7 in zwei einen Ringraum bildenden Ringansätzen Tb und Tc drehbar gelagert, gegenüber diesen jedoch axial gesichert. Angetrieben wird die der Aufnahme des Eearbcitungswerkzeugs, beispielsweise einer Topfschleifscheibe 9 dienende Werkzeugspindel 8 mittels eines in den lOrerwähnten Ringraum des Pinolengehäuses integrierten Elektromotors 40, dessen Anker 40a unmittelbar sowie drehfest auf der Werkzeusspindel 8 angeordnet ist.

Wie insbesondere aus der Darstellung gemäß Fi g. erkennbar, ist die ' Topfschleifscheibe: 9 am äußeren Ende der Werkzeugspindel 8 angeordnet. Der Werkzeugspindel 8 zugeordnet ist eine Werkstückspindel 10, welche in einem Gehäuse 11 drehbar gelagert und mittels eines nicht weiter veranschaulichten Elektromotors in Rotation versetzbar ist. Während die Werkstückspindel 10 selbst im Gehäuse 11 gegen axiale Verschiebung gesichert ist. ist das ihrer Lagerung dienende Gehäuse 11 in einer Führung 12 des Maschinengestells 1 gleitbar geführt und zum Zwecke

ι⁵ der Einstellung der das Werkstück Wtragenden Spindel 10 auf die für den Bearbeitungsvorgang erforderliche Relativlage zur Topfschleifscheibe 9 mittels einer Gewindespindel 14 auf- und abbewegbar. Antreibbar ist diese Spindel 14 durch einen auf einer Konsole 15 des Maschinengestell 1 sitzenden Elektromotor 16, der über eine Steuereinrichtung zweck . Ausführung einer bestimmten Anzahl von ganzen eier teilweisen Umdrehungen in der einen oder anderen Drehrichtung ansteuerbar ist. Der Steigungswinkel der in der Spindelmutter 17 geführten Gewindespindel 14 ist zweckr.iäßigcrweise so gewählt, daß mit dem Stillstand der Spindel 14 das Gehäuse H und damit die Werkstückspindel 10 bzw. das Werkstück W die erreichte Einstellage in bezug auf die Achse A des

J" Zwischenträgers 2 stellungsgenau beibehält.

Sowohl aus F i g. 3 als auch aus F i g. 4 der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Scheitelpunkt der sphärischen Fläche, gleichgültig ob es sich um eine konvexe oder konkave handelt, von der ideellen, die beiden Kegelrollenlager 3 des Zwischenträgers 2 verbindenden Achse A tangiert wird, wobei dir Krümmungsradius der zu erzeugenden sphärischen Fläche abhängig vom Neigungswinkel und dem Wirkungsdurchmesser des Schleifwerkzeuges 9 ist. Da auf Masrhine-i zum

«o Bearbeiten von optischen Linsen aus dem vorstehend angedeuteten Grunde einerseits die Möglichkeit des Eir.jatzes unterschiedlich großer Schleifwerkzeuge gegeben sein muß, andererseits aber die Schneidlippe des Schleifwerkzeugs 9, mit der Rotationsachse der Werkstückspindel 10 übereinstimmend, exakt im Scheitelpunkt der zu erzeugenden sphärischen Fläche liegen muß. ist der Spindelstock 6 zwecks Berücksichtigung des Durchmessers des Schleifwerkzeugs 9 um die Achse B schwenkbar gelagert und mittels einer nicht weiter veranschaulichten Vorrichtung gegenüber dem Zwischenträger 2 fest verspannbar. Der Spindelstock 6 nimmt hierzu eine relative, durch die Winkelgröße β bestimmte Winkellage zum Zwischenträger 2 ein, wobei sich "!er Radius rdes Schleifwerkzeugs 9 stets aus dem Sinus des Winkels β errechnet, umgekehrt hingegen der Winkel β aus der Radiusgröße des Weikveugs 9, je nachdem was als gegeben anzusehen ist. Die Anordnung der Verspannvorrichtung für den Spindelstock 6 ist zweckmäßigerweise so getroffen, daß sie an einem von der Achse B wdtestmöglich entfernten Punkt am Spindelstock 6, also möglichst nahe dem Austritt der Pinole 7 aus dem Spindelstock 6 angre'ft. Mit verhältnismäßig geringen Spannkräften läßt sich dadurch eine starre und sichere Verspannung des

^b5 Spindels'ocks 6 gegenüber dem Zwischenträger 2 erreichen.

In der Zeichnung ist mit M der Punkt bezeichnet, in dem sich die verlängerte Achse der Werkzeugspindel 8

und die Rotationsachse der Werkstückspindel 10 schneiden. Dieser Punkt ist identisch mit dem Radienmittelpunkt der sphärischen Fläche des zu bearbeitenden Werkstücks W. Handelt es sich bei dem Werkstück um ein solches mit konvexer sphärischer Oberfläche, liegt der Schnittpunkt M, wie F i g. 3 zeigt, stets unterhalb der den Scheitelpunkt des Werkstücks W tangierenden Achse A. Anders hingegen verhält es sich bei einem Werkstück W gemäß Fig.4, welches eine konkave sphärische Oberfläche erhallen soll. Hier liegt, wie aus der Darstellung erkennbar, der Punkt M, an dem Wcrkzcugspindel 8 und verlängerte Rotationsachse der Werkstückspindel 10 sich schneiden, bezogen auf das zu bearbeitende Werkstück W über der den Scheitelpunkt des Werkstücks W tangierenden Achse A. Gemäß Darstellung in Fig. 4, in der die veranschaulichten Teile die gleichen Bezeichnungen wie die identischen Teile in Fig. 3 erhalten haben, ist der Neigungswinkel des Zwischenträgers 2 ebenfalls mit γ getriebe 10, 31. und zwar von einem mittels einer Stiit/e 32 an der Lagerbuchse 27 befestigten Elektromotor 31. Mit einer nicht weiter veranschaulichten Steuervorrichtung, die über alternativ betätigbare Tastschalter

'· verfügt, läßt sich je nach Betätigung des einen oder anderen Schalters der Elektromotor 33 /ur Ausführung einer Drehbewegung in der einen oder anderen Umlaufnchtting in Gang setzen. Wenn dies geschieht, führt der Zwischenträger 2 abhängig von der ürehrich-

M) tung der Gewindespindel 23 eine Kippbewegung um die Achse A aus, wobei der Neigungswirkel γ des Zwischenträgem eine Verringerung oder Vergrößerung erfährt. Ist die vr/ugsweise mit einem sclbsthemmen· den Gewinde ausgestattete Spindel 23 nach Unterbrechung des Antriebs zur Ruhe gekommen, behält der Zwischenträger 2 die erreichte relative Winkcleinstellage zur Werkstückspindel 10 zuverlässig und exakt bei.

Was die Rclativeinstellung des Spindelstocks 6 gegenüber dem Zwischenträger 2 anbetrifft, so wird

bezeichnet und iiiii β die VVinkc'gröSc, die der rcir.iivcr., M such diese, wie ebenfalls aus F i g. 2 ersichtlich. Hi.

den Werkzeugdurchmesser berücksichtigenden Winkeleinstellung des Spindclstocks 6 gegenüber dem Zwischenträger 2 entspricht.

Zum Zwecke der Abstützung des Zwischenträgers 2 gegenüber dem Maschinengestell 1 einerseits sowie der Einstellung des Trägers 2 auf den Neigungswinkel y andererseits ist eine vorzugsweise als Kugelumlaufspindel ausgebildete Gewindespindel 23 vorgesehen, die in einer mittels Zapfen 24 gegenüber dem Maschinengestell 1 gelenkig abgestützten Spindclmuttcr 25 drehbeweglich geführt ist. An ihrem dem Zwischenträger 2 zugekehrten Ende besitzt die Gewindespindel 23 einen zylindrischen Bund 23a. auf dem unter Zwischenschaltung eines Axialwälzlagers 26 eine der zusätzlichen Führung der Gewindespindel 23 dienende Lagerbuchse 27 aufliegt Diese buchse 27 wiederum ist mit beiderseits angeordneten Gelenkzapfen 28 versehen, die in Aufnahmebohrungen eingreifen, welche in zwei zu beiden Seiten an der Buchse 27 vorbeigeführten, am Zwischenträger 2 befestigten Stützarmen 29 eingreifen. Angetrieben wird die gegenüber der Lagerbuchse 27 axial gesicherte Gewindespindel 23 Ober ein Kegelradeinen motorischen. Selbsihcmmungscffckt aufweisenden Antrieb erreicht. Dieser umfaßt einen Elektromotor 35, welcher unter Zuhilfenahme eines rohrförmig ausgebildeten, mit einem Befestigungsflansch versehenen Zwischenstücks 36 am Zwischenträger 2 befestigt ist Mit der Antriebswelle des Elektromotors 35 kardanisch verbunden ist eine Spindclmutter 37, die mit einer, vorzugsweise ebenfalls als Kugelumlaufspindel ausgeführten Gewindespindel 18 in F.ingriff steht.

Letztere wiederum ist am Spindelstock 6 gelenkig angeschlossen. Mit Hilfe einer nicht weiter veranschaulichten Steuervorrichtung kann der Elektromotor 35, der als Schrittmotor ausgeführt sein kann, zu Drehbewegungen in der einen oder anderen Umlaufrichtung veranlaßt werden, was eine entsprechende Verschiebung der Gewindespindel 38 zur Folge hat. Mit der Lageänderung der Gewindespindel 38 erfährt die der Berücksichtigung des Werkzeugdurchmessers dienende Winkelgröße β ebenfalls eine Veränderung, und zwar je nach Drehrichtung des Elektromotors 35 im Sinne einer Verringerung oder Vergrößerung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Maschine zum Schleifen oder Fräsen von konvexen und/oder konkaven sphärischen Flächen, insbesondere an optischen Linsen, wobei das zu bearbeitende Werkstück slirnseitig an einer Spindel befestigt ist, der eine das Werkzeug, beispielsweise eine Topfschleifscheibe, tragende Werkzeugspindel zugeordnet ist. welche in einem Spindelstock gelagert ist, der in einem gegenüber dem Maschinengestell beweglichen Zwischenträger gelagert ist, wobei das Werkzeug um eine horizontale, den Scheitelpunkt der zu erzeugenden sphärischen Fläche tangierende Achse schwenk- und winkeleinstellbar ist und wobei die beiden Spindeln axial relativ zueinander einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schwenken des Werkzeugs (9) um die Achse (A) der Zwischenträger (2) am Maschinengestell (1) schwenkbar gelagert und auf ei."en beliebigen Neigungswinkel (y) ein- und feststellbar ist und daß der Spindelstock (6) um eine zweitefÄchse (B) schwenkbar ist, die von der ersten Achse (A) in einem in etwa der Längenabmessung des Spindelstocks (6) entsprecnenden Abstand (a) angeordnet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenträger (2) portalartig gestaltet ist.